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摘 要

面对越来越突出的能源和环境问题，膜分离作为环保节能的分离技术在许多领域得到广泛应用。渗透汽化在醇水分离系统中的应用具有很多优点。它是一种新型膜分离技术，利用膜中待分离的组分不同的溶解扩散速率来分离液体混合物。在处理难以用一般分离方法分离的近沸物，恒沸物时具有特殊的优点。本论文研究了采用氢氧化铜纳米纤维为构筑基元，在大孔基膜上形成超薄分离层，以获得综合性能优异的复合分离膜。

本文以聚丙烯腈为支撑体，制备了无缺陷的PDMS/纳米线复合薄膜，并将PDMS/纳米线复合薄膜用于醇/水分离体系，考察了不同操作条件对PDMS/纳米线复合膜渗透汽化性能的影响。研究发现随着涂覆PDMS含量的增加，渗透通量降低，而选择性基本不变在30左右。通过真空抽滤的方法，将氢氧化铜纳米纤维沉积到大孔基膜表面堆叠成膜，PDMS作为聚合物基质，采用涂覆法以聚丙烯腈（PAN）为支撑体成功制备出均匀分散无缺陷的复合薄膜。

关键词：醇水分离 聚二甲基硅氧烷 纳米纤维 复合薄膜

Ultra - thin polymer film based on nanofibers for separation of alcohol - water system

Abstract

Membrane technology plays significant roles in a large number of energy- and environment-related fields in a clean and efficient way. There are many significant advantages when pervaporation is used in the separation of alcohol-water system. Pervaporation, as a novel membrane separation technology, has many particular advantages in handling a near boiling matter, azeotrope, which are difficult to separate by the general separation method.In the treatment of near-boiling substances which are difficult to separate from the traditional separation means, the azeotrope system has Special advantage.In this thesis, copper hydroxide nanofiber was utilized as building blocks to generate ultrathin separation layers on macroporous supporting layers; and therefore composite membranes with ultrahigh flux as well as other good performances can be finally achieved.

In this work,polyacrylonitrile membrane was used as support to prepare the PDMS/nanowire composite membrane for alcohol-water system separation. Effects of operation conditions on the composite membrane for the performance of carbon dioxide-nitrogen separation were also studied. With the increasing of the PDMS, the permeate flux decreased, but the selectivity was basically unchanged at 30. By a vacuum filtration method, the copper hydroxide nanofibers deposited macroporous base film forming the surface of the stack, the PDMS as polymeric matrices ,composite membrane was successfully fabricated on the PAN support via solution-casting method.

Keywords: alcohol-water system separation; PDMS; Nanofiber; Composite membrane

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 5

1.1 背景 5

1.2 膜分离技术用于渗透汽化 5

1.2.1 渗透汽化基本原理 5

1.2.2 渗透汽化过程的特点 6

1.2.3 渗透汽化膜材料的分类 6

1.2.4 渗透汽化技术在醇类生产过程中的应用 7

1.3 纳米纤维 9

1.3.1 纳米纤维的特征 9

1.3.2 纳米纤维的种类和制备方法 9

1.4 纳米纤维膜 11

1.4.1 纳米纤维膜的特点 11

1.4.2 制备纳米纤维膜的方法及应用 11

1.5 选题背景及内容 13

1.5.1 选题背景 13

1.5.2 研究内容 13

第二章 聚二甲基硅氧烷（PDMS）/纳米线复合薄膜的制备与表征 15

2.1 引言 15

2.2 实验部分 15

2.2.1 实验试剂及仪器设备 15

2.2.2 聚二甲基硅氧烷（PDMS）/纳米线复合薄膜的制备 17

2.2.3 表征测试 17

2.3 本章小结 20

第三章 聚二甲基硅氧烷（PDMS）/纳米线复合薄膜渗透汽化性能测试 21

3.1 引言 21

3.2 实验部分 21

3.2.1 渗透汽化分离性能评价 21

3.2.2 渗透汽化性能实验测试方法 22

3.3 实验结果与讨论 23

3.3.1 操作条件对膜分离性能的影响 23

3.4 本章小结 26

第四章 结论与展望 27

4.1 结论 27

4.2 展望 27

参考文献 28

致谢 30

第一章 绪论

1.1 背景

膜分离是一个通过压差等推动力使混合物透过选择性膜来分离浓缩的过程，其过程如图1-1所示。随着社会的高速发展，能源、环境等问题日益突出，人们对环保产业的发展、传统产业的改造等越来越重视。此时膜分离技术因其环保、简单、高效等特点格外具有优势。这种优势被应用在电子、医疗药品、化工、能源、交通等领域^[1]。

图1-1 膜分离过程示意图^[3]

1.2 膜分离技术用于渗透汽化

1.2.1 渗透汽化基本原理

渗透汽化（简称PV）是在液体混合物中组分蒸汽压差推动下,利用组分通过膜的溶解与扩散速率的不同来实现分离的过程。对于不同的分离体系，所用的膜材料也不尽相同。渗透汽化技术是一种很有前途的膜基分离技术^[2]，特别是在共沸或近沸的液体化学混合物的解决上。

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